НОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ фОРМИРОВАНИя ОСТЕОПОРОЗА ПРИ ТЕРМИНАЛьНОЙ ЛЕГОЧНОЙ ПАТОЛОГИИ
реклама
Тихоокеанский медицинский журнал, 2013, № 4 72 УДК 616.71-007.234-06:616.24-036.12 Новые механизмы формирования остеопороза при терминальной легочной патологии Е.А. Кочеткова1, Л.Г. Угай1, Ю.В. Майстровская1, В.А. Невзорова1, Н. Фроссар2, Ж. Массар2 1 Тихоокеанский 2 Страсбургский государственный медицинский университет (690950, г. Владивосток, пр-т Острякова, 2), университет им. Луи Пастера (4 rue Blaise Pasca CS 90032 lF-67070 Strasbourg Cedex, Франция) Ключевые слова: минеральная плотность костной ткани, легкие, жировая ткань, адипокины. С целью изучения взаимосвязи между уровнем адипокинов, экспрессией рецепторов к лептину и адипонектину в жировой ткани и минеральной плотностью костной ткани (МПКТ) при терминальной легочной патологии обследованы 47 пациентов 36–64 лет, ожидавших пересадки легких. Выявлена зависимость между МПКТ и уровнями лектина, адипонектина и резистина в сыворотке крови. Концентрация фактора некроза опухоли-α находилась в обратной связи с МПКТ, а уровни его рецепторов были выше нормы у лиц с терминальной легочной патологией. У обследованных рецепторная активность к лептину понижа‑ лась, а к адипонектину повышалась в коже и подкожно-жировой клетчатке. Кроме того, проведенное исследование установило взаимосвязь между морфофункциональными изменениями кожи и поперечно-полосатой мускулатуры, а также рецептор‑ ной активностью адипокинов и выраженностью остеопени‑ ческого синдрома у лиц с терминальной легочной патологией. Пересадка легких остается единственным способом лечения терминальной стадии легочной патологии. При этом к относительным противопоказаниям для трансплантации легких служит тяжелый остеопороз (ОП) [11]. Пациенты с тяжелой легочной патологией имеют высокий риск развития ОП и атравматических переломов [5, 13]. К факторам риска остеопенического синдрома в терминальной стадии легочной патологии относятся выраженность вентиляционных нарушений и гипоксемии, ограничение физической активности, бедный нутритивный статус, снижение мышечной и жировой массы, снижение уровня витамина D, прием глюкокортикоидов, системное воспаление. Однако большинство существующих факторов, иницииру‑ ющих остеопенический синдром, не могут до конца объяснить здесь повышенный риск ОП и переломов. В последние годы повысился интерес к продуциру‑ емым жировой тканью адипокинам (фактору некроза опухоли-альфа, адипонектину, лептину, резистину) при легочной патологии, активность которых тесно связана не только с состоянием нутритивного статуса, но и с ре‑ гуляцией остеогенеза [8]. Так, in vitro было показано, что лептин стимулирует костное формирование, возможно действуя на костномозговые клетки, увеличивая коли‑ чество остеобластов и ингибируя дифференцировку адипоцитов. Кроме того, лептин угнетает остеоклас‑ тогенез посредством снижения экспрессии рецептора активатора нуклеарного фактора каппа-β и его лиганда, повышая продукцию остеопротегерина [4]. Поэтому снижение уровня лептина может быть результатом как угнетения формирования, так и повышения резорбции кости. Высокая концентрация адипонектина оказывает Угай Людмила Григорьевна – канд. мед. наук, доцент кафедры про‑ педевтики внутренних болезней ТГМУ; e-mail: lg.ugay@gmail.com негативное влияние на кость через повышение уровня лиганда рецептора активатора нуклеарного фактора каппа-β и ингибирование продукции остеопротегери‑ на, что приводит к усилению костной резорбции. Так, показано, что адипонектин опосредованно усиливает формирование остеокластов, стимулируя лиганд рецеп‑ тора активатора нуклеарного фактора каппа-β и угнетая выработку остеопротегерина в остеобластах [8]. Кроме того, было продемонстрировано, что адипонектин мо‑ жет оказывать независимое негативное воздействие на костную ткань [15]. Известно, что фактор некроза опухоли-α (TNF-α) является маркером кахексии и миопатии при различ‑ ных хронических заболеваниях, включая легочную патологию. Кроме того, TNF-α, активация которого при хронической обструктивной болезни легких усилива‑ ет остеокластопосредованную резорбцию, индуцируя активность зрелых остеокластов и дифференцировку их предшественников, признан сильным предиктором снижения костной плотности [2]. Более того, установ‑ лена способность этого цитокина повышать экспрессию рецептора активатора нуклеарного фактора каппа-β, что может приводить к дисбалансу в системе остеопротеге‑ рин/лиганд рецептора активатора нуклеарного фактора каппа-β и усиливать процессы резорбции костной ткани при легочной патологии [10]. У пациентов, ожидающих легочную трансплантацию, продемонстрирована по‑ зитивная корреляция между экспрессией рецепторов TNF-α и костным обменом [2]. Резистин – еще один провоспалительный цитокин, относящийся к группе адипокинов, который стимули‑ рует синтез TNF-α и других цитокинов через актива‑ цию нуклеарного фактора каппа-β [12]. Так, показана корреляция между уровнями резистина и экспрессией рецепторов TNF-α I и II [14]. Однако роль резистина в костном обмене до сегодняшнего дня остается неясной. В этой связи изучение влияния адипокинов на костное ремоделирование при легочной патологии представля‑ ет определенный научный интерес. Цель нашего исследования: определить возможные взаимосвязи между уровнем адипокинов (лептина, адипонектина, резистина, TNF-α и его растворимыми рецепторами I, II), экспрессией рецепторов к лептину и адипонектину в жировой ткани и минеральной плот‑ ностью костной ткани при терминальной легочной патологии. Материал и методы. Обследовано 47 пациентов (19 женщин и 28 мужчин) 36–64 лет (средний – 54,6±7,2 года) с терминальной легочной патологией, ожидавших Оригинальные исследования трансплантацию легких. Больные находились на об‑ следовании в отделении пульмонологии университет‑ ской больницы г. Страсбурга (Service de Pneumologiedes Hôpitaux Universitaires de Strasbourg) и городской кли‑ нической больницы № 1 Владивостока с 2009 по 2012 гг. Информированное согласие было получено во всех случаях. Контрольную группу составили 45 практически здоровых добровольцев аналогичного возраста и пола. До начала обследования пациенты не получали антирезорбтивную терапию, включая бисфосфонаты, терипаратид, кальцитонин, деносубаб или стронция ранелат. Во всех случаях исследована функция вне‑ шнего дыхания на спирографе Master Screen PFT Jaeger GmbH (Германия), проведена газометрия артериаль‑ ной крови с помощью аппарата ABL 725 radiometer (Дания) в положении сидя в условиях комнатного воздуха и выполнен тест шестиминутной ходьбы. Минеральная плотность костной ткани в пояснич‑ ном отделе позвоночника (L2–L4) и недоминантной шейке левой бедренной кости оценивалась с помощью двухэнергетической рентгеновской абсорциометрии (Ho­lo­gic). Дефиниции остеопенического синдрома про‑ водились в соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения: Т-критерий (количество SD от пиковой костной массы) в диапазоне от –1 до –2,5 SD расценивался как остеопения; при Т-критерии ниже –2,5 SD – как ОП. Нормальные показатели костной ткани соответствовали Т-критерию больше –1 SD. Объем общей жировой массы определяли с помо‑ щью специальной программы на двухэнергетическом рентгеновском денситометре. Концентрацию лептина, адипонектина, резистина, TNF-α и его растворимых рецепторов I и II исследовали в сыворотке крови в дупликате с помощью стандартных коммерческих наборов (ELISA, Quantikine, R&D Systems, Inc.). Забор материала для гистологического, иммунофлю‑ оресцентного и электронно-микроскопического иссле‑ дования проводился путем чрескожной тонкоигольной биопсии автоматической системой MAGNUM (Burd, Германия) одноразовыми стерильными иглами MN2010 с глубиной проникновения 22 мм и диаметром 0,9 мм. Статистическая обработка результатов проводи‑ лась методом вариационной статистики с вычислением средних величин и их ошибок. Достоверность разли‑ чий определялась с помощью критерия Стьюдента и с помощью критериев непараметрической статистики Вилкоксона и Ван-дер-Вана, так как для анализа были использованы малые объемы выборок и характер распределения данных был отличен от нормального. Для выявления связи между отдельными показателями применялся метод корреляционного анализа. Результаты исследования. Уровень сывороточного лептина в группе пациентов с терминальной легочной патологией был ниже, а концентрация рецепторов TNF-α I и II выше, чем в контроле (табл. 1). В основной группе выявлена достоверная пози‑ тивная корреляция между минеральной плотностью костной ткани и содержанием лептина в сыворотке крови (шейка бедра – r=0,64, позвоночник – r=0,52). 73 Таблица 1 Характеристика некоторых функционально-биохимических параметров у пациентов с терминальной стадией легочной патологии Параметр* Возраст, лет Основная группа Контроль 54,6±7,2 52,4±9,3 кг/м2 21,3±2,6 26,7±2,1 Общая жировая масса, кг 20,3±4,3 34,2±9,4 ОФВ1,% от должного 35,9±22,3 97,6±8,5 T-критерий – шейка бедра, SD –1,7±1,4 1,9±0,6 Т-критерий – L2–L4, SD –2,1±1,1 1,9±0,7 7,4±4,2 16,2±3,5 140,9±45,3 65,2±22,6 3,9±1,6 1,6±0,3 20,8±4,1 8,3±5,2 Рецептор TNF-α I, пг/мл 162,7±5,3 134,6±12,4 Рецептор TNF-α II, пг/мл 243,6±7,4 198,5±14,7 Индекс массы тела, Лептин, нг/мл Адипонектин, нг/мл Резистин, нг/мл TNF-α, пг/мл * ОФВ1 – объем форсированного выдоха за 1-ю с. Примечание: выделены ячейки со статистически значимыми раз‑ личиями параметра. Для адипонектина и TNF-α определена негативная корреляция с минеральной плотностью костной тка‑ ни как в бедренной кости, так и в позвоночнике; для адипонектина: шейка бедра – r=–0,54, позвоночник – r=–0,47, для TNF-α: шейка бедра – r=–0,43, позво‑ ночник – r=–0,41. Уровни рецепторов TNF-α I и II и резистина позитивно коррелировали с костной плот‑ ностью только в позвоночнике (r=0,42, r=0,44 и r=0,57 соответственно). Содержание сывороточного лептина напрямую коррелировало с индексом массы тела (r=0,82) и общей жировой массой (r=0,84). Напротив, уровень адипо‑ нектина демонстрировал обратную связь с индексом массы тела (r=–0,68), общей жировой массой (r=–0,62), сывороточным резистином (r=–0,57) и рецепторами TNF-α I и II (r=–0,58 и r=–0,53). Мы не обнаружили каких-либо взаимосвязей между концентрацией ади‑ понектина, лептина и функциональными легочными параметрами больных, при этом установлена сильная обратная корреляционная связь между лептином и адипонектином (r=–0,67). При иммуноморфологическом исследовании тка‑ ней представителей контрольной группы положи‑ тельная реакция обнаруживалась в цитоплазме и на мембране клеток. Выраженная экспрессия рецепто‑ ров к лептину – 8,1±1,8 единиц оптической плотнос‑ ти (ЕОП) – наблюдалась во всех слоях эпидермиса и клетках дермы, в подкожно-жировой клетчатке и мы‑ шечной ткани. У пациентов с терминальной легочной патологией положительная экспрессия рецепторов к лептину обнаружена в клетках кожи и соединительной ткани (2,1±0,9 ЕОП), в мышечной ткани иммунопози‑ тивная реакция не регистрировалась. В контрольной группе обнаруживалось яркое све‑ чение иммунофлюоресцентной метки к адипонектину Тихоокеанский медицинский журнал, 2013, № 4 74 Таблица 2 Характеристика некоторых клинико-функциональных параметров и показателей адипокинов в зависимости от наличия или отсутствия остеопороза ОП Без ОП Возраст, лет Параметр 54,2±15,5 55,3±14,2 Индекс массы тела, кг/м2 18,7±1,3 23,8±2,4 Общая жировая масса, кг 14,2±3,6 26,3±7,4 T-критерий – шейка бедра, SD –2,6±0,7 –0,7±0,6 Т-критерий – L2–L4, SD –3,1±0,8 –0,9±0,7 Лептин, нг/мл Адипонектин, нг/мл Резистин, нг/мл TNF-α, пг/мл 3,6±1,6 11,2±3,6 187,2±22,3 94,5±31,1 5,6±1,1 2,2±0,6 25,3±3,2 16,3±2,7 Рецептор TNF-α I, пг/мл 168,2±28,6 157,1±19,6 Рецептор TNF-α II, пг/мл 251,7±38,6 235,5±18,3 Рецептор к лептину, ЕОП 1,3±0,4 2,9±0,7 20,6±1,2 13,6±0,8 Рецептор к адипонектину 1, ЕОП Примечание: оценка достоверности проводилась по критериям непараметрической статистики: Вилкоксона и Ван-дер-Вана (выделены ячейки со статистически значимыми различиями параметра). 1-го типа в коже, соединительной и мышечной тка‑ нях – в цитоплазме и на мембране клеток. В отличие от рецепторов к лептину количество рецепторов к адипо‑ нектину 1-го типа клеток кожи и поперечно-полосатой мускулатуры в группе контроля составило 11,1±1,4 ЕОП. У пациентов основной группы экспрессия ре‑ цепторов к адипонектину 1-го типа обнаруживалась преимущественно в коже и соединительной ткани с яркостью свечения 117,1±0,6 ЕОП. В поперечно-поло‑ сатой мускулатуре эти рецепторы не регистрировались. Корреляционный анализ между экспрессий рецепто‑ ров к адипокинам и минеральной костной плотностью показал разнонаправленный характер связей: обратная зависимость между количеством рецепторов к ади‑ понектину 1-го типа в клетках тканей кожи (шейка бедра – r=–0,46, позвоночник – r=–0,51) и прямая связь между количеством рецепторов к лептину (шейка бед‑ ра – r=0,56, позвоночник – r=0,46). Основываясь на денситометрических данных, все пациенты с легочной патологией были условно раз‑ делены на две группы: с ОП (33 человека) и без ОП (14 человек). Экпрессия рецепторов к лептину в жи‑ ровой ткани была значительно ниже, а концентрация адипонектина, резистина, TNF-α, а также экспрессия рецепторов к адипонектину – выше у пациентов с ОП. При этом содержание лептина, рецепторов TNF-α I и II, а также индекс массы тела и общая жировая масса достоверно между группами не различались (табл. 2). Обсуждение полученных данных. По данным лите‑ ратуры, ОП наблюдается у 36–61 % больных, ожидаю‑ щих пересадки легких [5, 13]. Только у 9 % кандидатов на легочную трансплантацию обнаруживаются нор‑ мальные показатели минеральной костной плотности [13]. В нашем исследовании 91 % пациентов с терми‑ нальной легочной патологией имел остеопенический синдром, из них у 70 % денситометрические показатели были снижены до уровня ОП. Нормальные показатели минеральной плотности кости как в позвоночнике, так и в шейке бедра были только у 4 (9 %) обследованных. По данным ряда исследований, установлена ас‑ социация между уровнем лептина, адипонектина в сыворотке крови и минеральной костной плотностью [3, 14, 15]. При этом обнаружена обратная зависи‑ мость между содержанием лептина и адипонектина. Так, уровень сывороточного лептина был значительно ниже, а концентрация адипонектина – выше у мужчин с тяжелой хронической обструктивной болезнью лег‑ ких и ОП [14]. Уровень лептина сильно коррелировал с индексом массы тела и тощей массой тела у лиц с хронической обструктивной болезнью легких [6]. В нашем исследовании уровни сывороточного лепти‑ на, адипонектина и резистина были ассоциированы с минеральной костной плотностью в группе пациентов, ожидавших трансплантацию легких. Интересно отметить, что выраженность эффектов лептина в разных участках скелета может быть неоди‑ наковой. Так, при исследовании лептиндефицитных мышей было обнаружено истончение кортикального слоя на фоне повышения объема трабекул по сравне‑ нию с контрольной группой. Инфильтрация адипоци‑ тами у этих животных была более выражена в костном мозге бедренной кости по сравнению с позвоночни‑ ком [7]. Мы обнаружили более выраженную корреля‑ цию между уровнем лептина и минеральной костной плотностью в шейке бедренной кости по сравнению с позвоночником. Аналогичные результаты продемонс‑ трировали и S.F. Vondracek et al. [14]. TNF-α является одним из ключевых факторов, усиливающих костную резорбцию и ингибирующих костное формирование [6]. Так, в ряде работ показано повышение концентрации TNF-α и его растворимых рецепторов I и II в сыворотке крови у пациентов с хро‑ нической обструктивной болезнью легких со снижен‑ ной массой тела и их ассоциация с костным обменом [1, 6]. По нашим данным, уровень TNF-α был выше у пациентов с ОП и негативно коррелировал с минераль‑ ной плотностью кости как в позвоночнике, так и в шей‑ ке бедра. Мы не нашли достоверной разницы между концентрацией рецепторов TNF-α I и II у пациентов с ОП и без него. Однако уровни рецепторов TNF-α I и II были достоверно выше у лиц с терминальной легочной патологией в целом по сравнению с группой контроля и имели позитивную корреляционную связь только с минеральной костной плотностью позвоночника. Несмотря на то что на сегодняшний день роль ре‑ зистина в формировании остеопенического синдрома неизвестна, существует несколько исследований, пос‑ вященных влиянию этого полипептида на костный Оригинальные исследования метаболизм. Так, Oh K.W. et al. продемонстрировали значительную обратную корреляцию между уровнем сывороточного резистина и минеральной плотностью позвонков поясничного отдела у мужчин среднего возраста [9]. Напротив, S.F. Vondracek et al. не нашли какой-либо связи между уровнем резистина и мине‑ ральной плотностью костной ткани у мужчин с тяже‑ лой хронической обструктивной болезнью легких [14]. При этом была зарегистрирована прямая зависимость между уровнями резистина и рецепторов TNF-α I и II. В нашем исследовании содержание резистина было выше у пациентов с ОП и позитивно коррелировало с минеральной костной плотностью только в пояснич‑ ном отделе позвоночника. Ранее было показано, что дисбаланс в локализации и активности рецепторов к адипокинам может быть связан с воспалительными процессами при легочной патологии, в частности, при хронической обструктив‑ ной болезни легких, и свидетельствовать об их участии в развитии не только дисфункции поперечно-полоса‑ той мускулатуры, но и структурных изменений кожи и подкожно-жировой клетчатки на фоне питательной недостаточности [1]. При терминальной легочной патологии, в отли‑ чие от нормы, рецепторная активность к лептину становится ниже, а к адипонектину – выше в коже и подкожно-жировой клетчатке. Кроме того, прове‑ денное исследование установило взаимосвязь между морфофункциональными изменениями кожи и попе‑ речно-полосатой мускулатуры, а также рецепторной активностью адипокинов и выраженностью остеопе‑ нического синдрома у лиц с терминальной легочной патологией. Таким образом, остеопороз является достаточно частым тяжелым системным проявлением различной терминальной легочной патологии. Установленные ассоциации между адипокинами и плотностью кос‑ тной ткани позволяют говорить о роли данных мар‑ керов в патогенезе остеопенического синдрома при хронических заболеваниях легких. В свою очередь более глубокое понимание механизмов остеопороза при терминальной легочной патологии в дальней‑ шем поможет разработать новые стратегии лечения, направленные не только на снижение активности системного воспаления и нормализацию белково-ка‑ таболического состояния, но и на торможение потери костной ткани. Литература 1. Бурцева Е.В., Невзорова В.А., Дюйзен И.В., Коцюрбий Е.А. Локализация рецепторов к лептину и адипонектину в коже и мышечной ткани при питательной недостаточности у па‑ циентов ХОБЛ // Бюллетень Сибирского отделения РАМН. 2012. № 2. С. 54–58. 2. Bon J.M., Zhang Yi., Duncan S.R. et al. Plasma inflammatory mediators associated with bone metabolism in COPD // COPD. 2010. No. 7. С. 186–191. 3. Calikoglu M., Sahin G., Unlu A. et al. Leptin and TNF-alpha levels in patients with chronic obstructive pulmonary disease and their relationship to nutritional parameters // Respiration. 2004. Vol. 71, No. 1. P. 45–50. 75 4. Cirmanova V., Bayer M., Starka L., Zajickova K. The effect of leptin on bone – an envolving concept of action // Physiological Research . 2008. No. 57. P. 143–151. 5. Coin A., Sergi G., Marin S. et al. Predictors of low bone mineral density in elderly males with chronic obstructive pulmonary disease: the role of body mass index // Aging Male. 2010. Vol. 13, No. 2. P. 142–147. 6. Forli L., Mellbye O.J., Halse J. et al. Cytokines, bone turnover markers and weight change in candidates for lung transplanta‑ tion// Pulmonary Pharmacology and Therapeutics. 2008. No. 21. P. 188–195. 7. Hamrick M.W., Pennington C., Newton D. et al. Leptin deficiency produces contrasting phenotypes in bones of the limb and spine // Bone. 2004. Vol. 34, No. 3. P. 376–383. 8. Magni P., Dozio E., Galliera E. et al. Osteoporosis and inflamma‑ tion // Curr. Mol. Med. 2010. No. 10. P. 522–532. 9. Oh K.W., Lee W.Y., Rhee E.J. et al. The relationship between se‑ rum resistin, leptin, adiponectin, ghrelin levels and bone mineral density in middle-ages men // Clin. Endocrinol. 2005. Vol. 63, No. 2. P. 131–138. 10. Olesen P., Ledet T., Rasmussen L.M. Arterial osteoprotegerin: increased amounts in diabetes and modifiable synthesis from vascular smooth muscle cells by insulin and TNF-α // Diabeto‑ logia. 2005. No. 48. P. 561–568. 11. Orens J.B., Estenne M., Arcasoy S. et al. International guidelines for the selection of lung transplant candidates: 2006 Update-A consensus report from the Pulmonary Scientific Council of the International Society for Heart and Lung Transplant // J. Heart Lung Transplaant. 2006. Vol. 25. P. 745–856. 12. Tilg H., Moschen A.R. Adipocytokines: mediators linking adipose tissue, inflammation and immunity// Nature Revies Immunology. 2006. Vol. 6, No. 10. P. 772–783. 13. Shane E., Silverberg S.J., Donovan D. et al. Osteoporosis in lung transplantation candidates with end stage pulmonary disease // Am. J. Med. 1996. No. 101. P. 262–269. 14. Vondracek S.F., Voelkel N.F., McDermott M.T., Valdez C. The relationship between adipokines, body composition, and bone density in men with chronic obstructive pulmonary disease // Int. J. Chron. Obstruct. Pulmon. Dis. 2009. No. 4. P. 267–277. 15. Wu N., Wang Q.-P., Li H. et al. Relationships between serum adiponectin, leptin concentrations and bone mineral density, and biochemical markers in Chinese women // Clinica Chimica Acta. 2010. Vol. 411. P. 771–775. Поступила в редакцию 09.07.2013. New mechanisms of osteoporosis formation in case of terminal lung disease E.A. Kochetkova1, L.G. Ugay1, Yu.V. Maystrovskaya1, V.A. Nevzorova1, N. Frossard2, J. Massard2 1 Pacific State Medical University (2 Ostryakova Av. Vladivostok 690950 Russian Federation), 2 Louis Pasteur University, Strasbourg (4 Rue Blaise Pasca CS 90032 lF-67070 Strasbourg Cedex France) Summary – The authors have examined 47 patients aged 36–64 waiting for lung transplantation to study relations between the adi‑ pokine level, expression of leptin and adiponectin receptors in fatty tissue and bone mineral density in case of terminal lung disease. As reported, there is a correlation between the bone mineral den‑ sity and levels of lectin, adiponectin and resistin in blood serum. The tumour necrosis factor alpha concentration has been inversely related to the bone mineral density, and its receptor levels have exceeded the normal range in patients with terminal lung disease. The patients under examination had the leptin receptor activity de‑ creased and the adiponectin receptor activity increased in skin and subcutaneous fat. Additionally, the studies have allowed to iden‑ tify a relationship between the morphofunctional skin changes and striped muscles and the adipokine receptor activity and the inten‑ sity of osteopenic syndrome in patients with terminal lung disease. Key words: bone mineral density, lungs, fatty tissue, adipokines. Pacific Medical Journal, 2013, No. 4, p. 72–75.
